Температура плавления припоев и легкоплавких сплавов
В таблице даны значения температуры плавления припоев и легкоплавких сплавов на основе ртути Hg, цезия Cs, калия K, висмута Bi, таллия Tl, индия In, олова Sn, свинца Pb, кадмия Cd, сплав Вуда, сплавы Роуза (Розе), золота Au, магния Mg, цинка Zn, серебра Ag.
Значения температуры плавления припоев и сплавов в таблице приведены начиная с самых легкоплавких сплавов и находятся в диапазоне от -48,2 до 262°С. В сплавах с отрицательной температурой плавления (от минус 48,2°С) преобладает содержание ртути и щелочных металлов. Легкоплавкие сплавы с температурой плавления от 200 до 260°С имеют в своем составе преимущественное содержание висмута и таллия.
Примечание: эвт — эвтектические сплавы или близкие к ним; для неэвтектических сплавов приводятся значения температуры солидуса.
Технические характеристики
Изготовление припоев марки ПОС происходит в соответствии с ГОСТом, который регламентирует его точный химический состав и выдвигает требования, которым он должен удовлетворять. Припой ПОС 60 обладает следующими температурными и техническими характеристиками:
- Начало температурного расплавления (солидус) в градусах составляет 183 градуса.
- Температура, при которой ПОС находится в жидком состоянии (ликвидус), составляет 190 градусов.
- Удельное сопротивление равно 0,137 Ом × метр, при сечении проводника 1 квадратный мм.
- Плотность сплава равна 8,5 грамм × кубический сантиметр.
Припой ПОС61 в виде трубки с канифолью
Благодаря таким техническим характеристикам и низкой температуре плавления, ПОС60 находит широкое применение в быту и в промышленном производстве.
Разогрев
В зависимости от температуры плавления используемого присадочного материала, применяются различные методы нагрева при пайке. В случае с мягкими материалами, содержащими олово, цинк, свинец, основным инструментом при пайке может служить обычный паяльник.
В качестве примера можно привести сборку и ремонт электронных схем, содержащих компоненты, критичные к перегреву. В этой ситуации обычно используются свинцово-оловянные материалы, имеющие невысокую температуру плавления и электрические паяльники небольшой мощности.
Механическая прочность соединений играет здесь второстепенную роль, главным является обеспечение надёжного электрического контакта.
Когда речь идёт о пайке высокотемпературными материалами, паяльник оказывается бессильным. В этих случаях нагрев осуществляется посредством газовых горелок и специальных установок, использующих токи высокой частоты.
Это относится к промышленной пайке в условиях производственных цехов и использованию твёрдых припоев.
В отдельных случаях, когда спаиваемые детали очень массивны, и при использовании обычных средств нагрева достичь плавления не удаётся, применяются специальные печи, куда заготовки помещают целиком. Только таким способом обеспечивают надежную пайку.
Виды оловянных припоев, свойства и характеристики
По химическому составу сплава выделяют сурьмянистые припои, припои с малым количеством сурьмы (малосурьмянистые), сплавы без сурьмы (бессурьмянистые). Все вышеперечисленные виды припоев производят по ГОСТ 21931-76 (в изделиях), ГОСТ 21930-76 (чушки).
Существует и другой вариант классификации оловянных припоев. По нему сплавы делятся на:
— оловянно-свинцовые (в сокращении ПОС);
— сурьмянистые (сокращенно ПОССу);
— оловянно-свинцово-кадмиевые (сокращенно ПОСК);
— бессвинцовые.
Последние легируют медью, серебром, цинком, алюминием, кадмием.
Оловянные припои ПОС (сплавы оловянно-свинцовые), имеющие процентный состав олова от 10% до 90%, относятся к мягким припоям.
Они начинают плавиться при 183°C (температура расплава пары «олово-свинец»), а завершают плавление при различных температурах. Это определено химическим составом сплава. А именно:
ПОС-15 (олово 15%) — 280 °C.
ПОС-25 (25%) — 260 °C.
ПОС-35 (33%) — 247 °C.
ПОС-61, ПОС 63 (олово 61% и 63%) — 183 °C
ПОС-90 (олово 90%) — 220 °C
В силу того, что состав сплавов ПОС-61 и ПОС-63 практически идентичен составу эвтектики «олово+свинец», они расплавляются при постоянной температуре 183 °C.
Также к мягким оловянным припоям относят:
— ПОССу – используется для пайки изделий из цинка, оцинкованного металла, при высоких требованиях к паяному соединению (припои сурьмянистые);
— ОЦ — для соединения изделий из алюминия (припои оловянно-цинковые);
— ПОСК — для соединения изделий, реагирующих на перегрев, пьезокерамики, выводов конденсаторов (оловянно-свинцово-кадмиевые);
— припои без свинца, которые кроме олова включают в состав серебро, медь, висмут и другие металлы.
Припоем называют сплав, состоящий из легкоплавких металлов. Например, оловянный. Но паять одним оловом — довольно дорого. С чистым оловом работают только тогда, когда нужно получить абсолютно безвредный для человека спай: при пайке посуды для употребления пищи или медицинского оборудования. В остальных случаях, для удешевления припоя, к олову добавляют более дешевый, но вредный свинец.
Для справки: поверхность припоя тем темнее, чем больше в нем свинца. А пруток из чистого олова при сгибе или сжатии издает характерный хруст.
К положительным свойствам оловянных припоев можно отнести:
— прочность в сочетании с пластичностью;
— высокий коэффициент теплопроводности;
— устойчивость к коррозии.
Оловянные припои используют для соединения деталей практически из всех металлов, и чем больше в составе припоя чистого олова — тем качественнее будет полученное соединение. Преимущество ПОС — его универсальность. Мягкие припои эксплуатируют в виде палочек (прутков), реже используют проволоку или пасту (смесь припоя с флюсующим веществом). Чем больше в сплаве олова, тем крепче соединение деталей при пайке.
Данный вид оловянного проката не используют для спайки алюминия. Прочие металлы, в том числе медь, железо, хорошо поддаются пайке ПОС. Спай — самое уязвимое место соединения «металл — припой — металл». Прочность спая зависит от химического состава используемого припоя. Сопротивление на разрыв места спайки равно 6-8 кг/мм2, увеличивается пропорционально увеличению количества олова.
Рассмотрим некоторые особенности использования цинка и сурьмы в качестве добавок к припою при пайке определенных металлов. Добавление цинка при работе с алюминием и сплавами из этого металла увеличивает коррозийную стойкость спайки. Такие ЦО припои, содержащие от 10% до 40% цинка, используют для ультразвукового или абразивного метода пайки, лужения.
При соединении меди добавление к составу сурьмы увеличивает прочность спая. При пайке латуни сурьма — не влияет на прочность спая. А железа — уменьшает прочность спая.
Иногда можно встретить пруток или проволоку для пайки без маркировки. Определить приблизительный химический состав такого изделия можно по следующим параметрам:
— пруток с содержанием олова выше 60% ярко блестит (возможно, это ПОС-90, ПОС-61);
— материал, в котором много свинца — темного серого цвета, матовый;
— пруток со значительным содержанием свинца пластичный (до 60%), его легко деформировать (ПОС-40, ПОС-30);
— пруток, где много олова, прочный и жесткий. Его нельзя согнуть руками;
— ПОС различных марок плавятся при температуре от 183 °C до 265 °C.
Обзор оборудования, которое может понадобиться
1. нихромовый электрический паяльник мощностью 25Вт. Это обычный хозяйственный паяльник, который раньше можно было встретить практически у любого радиолюбителя-электронщика. Сейчас они тоже распространены и стоят довольно дешево, около 200 рублей. Можно покупать любые, в том числе, китайские паяльники, они тоже служат долго – при постоянной работе до 8 лет. Самый простой паяльник состоит из жала, которое представляет собой медный прут, на торце заточенный под углом и спирали нагревателя. Ручка из дерева или теромоустойчивого пластика. Это однозначно рабочий инструмент, который годится в 90% случаев для применения в бытовых условиях и даже в некоторых ремонтных мастерских он все еще используются.
2. Паяльник на 40-80Вт с жалом, заточенным под клин, напоминающий шлицевую отвертку, для удобства пайки тяжелых элементов. Такой паяльник покупать для дома не советуем, хотя он и дешевый. Некоторые по ошибке сразу покупают его, потом возникают проблемы: сгорают некоторые компоненты, отслаиваются дорожки от печатных плат, потому что перегреваются. Для дома 25-30ВТ – более чем достаточно.
3. Газовый паяльник купить Предназначен для пайки в отсутствии электросети. Эквивалент (если переводить в электрическую мощность ) около 100Вт.
Инструмент 3 в 1: • паяльник, который заточен под конус, жало долговечное, выполнено не из меди, а из специального термоустойчивого сплава. Подходит для гаражных работ, ремонта в машине. • жало снимается и его можно использовать как термофен (нагрев до 600 градусов). Довольно удобно применять, если нужно прогреть термоусадочную трубку или просто деталь. Большие работы термофеном не выполнить, так как поток воздуха и давление газа составляют небольшую величину. • меняется насадка и инструмент превращается в хорошую рабочую газовую горелку с температурой 1300 градусов. Таким образом, можно паять массивные детали или просто по надобности что-то разогревать.
4. Последний тип паяльника, который набирает обороты – это керамический паяльник. Если кто-то хочет сразу начинать с хорошего и не экономить, советуем купить его. Плюсы: очень тонкое жало, подходящее для точных (миллиметровых) работ — запаять разъемы на мобильных телефонах, монтировать или демонтировать компоненты SOIC, QFP, PLCC, BGA и т.п. Мощности хватает для любых работ. Разогревается он быстро. Если нихромовый нагреватель 1,5-2 мин выходит на рабочий режим, то здесь разогрев происходит за 20 сек. – и уже можно паять.
Идеальный вариант иметь к нему паяльную станцию и регулировать температуру от 200 до 480 градусов, подстраивая ее под припои и условия пайки. С ее помощью можно менять детали на материнских платах, на видеокартах, так и паять крупный провод. Если вы хотите со временем научиться паять качественно, то советуем начинать учиться с покупки паяльной станции.
Какие встречаются?
Что же такое припой и как надо правильно его выбирать — на практике они могут быть мягкими или твёрдыми. Монтаж любой радиоэлектронной аппаратуры происходит с применением легкоплавких вариантов.
Компоненты неизвестного происхождения отличается по следующим признакам:
- Насыщенный блеск среза говорит о высоком присутствии олова.
- Преобладание свинца гарантирует субстанции тускло-серый цвет и матовую поверхность.
- При повышенном содержании свинца изделие становится пластичным, например, проволока сечением в 6 мм без видимого услия сгибается руками.
Иногда для качественной пайки применяется уже готовая смесь — это припой в виде проволоки, а флюс запаян внутри. Производители изготавливают аналогичные субстанции с допуском флюса в пределах 1—3% от общего веса, что благоприятно сказывается на процессе пайки и увеличивает производительность труда, т. к. отпадает необходимость постоянно макать жало паяльника в баночку с флюсом.
По консистенции выпускаются двух видов: мягкий или твердый припой, а по температуре плавления различают обыкновенные и тугоплавкие типы.
Марки мягкого вида
Припой для пайки из этой категории применяется с уже готовым флюсом, находящимся внутри проволоки, поэтому расплавление происходит одновременно. Большое распространение получило изделие с названием Третник, потому что в нём содержится треть свинца от общей величины состава. Олово, входящее в состав сплава для пайки, отличается чистой в плане экологии, поэтому разрешается применение этого вида в пищевой промышленности.
Мягкие виды припоев применяются для пайки деталей, боящихся перегрева, например: транзисторов или предохранителей. Сплав ВУДА из-за токсичности применяется в ограниченных сферах человеческой деятельности.
Отечественные сплавы маркируются аббревиатурой ПОС, но при наличии других веществ в конце добавляется буква, соответствующая названию, например, ПОСВ-33 — этот припой содержит равные части олова, свинца и висмута.
Основные технические параметры
Материалы для пайки разделяют по таким параметрам:
- Проводимость, например, припои с содержанием алюминия обладают лучшими аналогичными значениями, нежели с маркировкой ПОС.
- Прочность на усилие растяжения, единица измерения кг/мм. Этот параметр напрямую зависит от процентного содержания олова.
- Температура плавления, которая зависит химического состава.
Таблица зависимости температуры и применения от химического состава припоя.
Какие марки ПОС бывают и где они применяются
ПОС-90 — такой припой с высоким содержанием олова применяется для пайки следующих металлов: латунь, медь, бронза, сталь, а также некоторых других. По своему химическому составу ПОС-90 практически на 100% состоит из чистого олова, и только 10-11% его содержимого является свинец.
Благодаря такому составу, ПОС-90 отличается высокой ударной вязкостью, а пайка с применением этого припоя имеет хорошую сопротивляемость на разрыв. Для ПОС-90 характерна пластичность и высокая теплопроводность. Полученное соединение данным припоем отличается качеством и долговечностью.
ПОС-63 и ПОС-61 — первая марка ПОС получила широчайшее применение при пайке печатных плат и микросхем. ПОС-61 особенно незаменим в радиоэлектронике. Припой отлично подходит для пайки радиодеталей и измерительного оборудования, учитывая его особый состав.
Обладая небольшой плотностью и высокой пластичностью, а также низкой температурой плавления, ПОС-63 обладает хорошей коррозионной стойкостью. Благодаря наличию висмута в составе, ПОС-63 показывает достойные характеристики.
Что касается марки ПОС-61, то она является универсальной в своём роде. Данная марка оловянно-свинцового припоя применяется для пайки разнообразных изделий из цветных металлов. Температура плавления ПОС-61, как и ПОС-63 начинается со 180 градусов.
Про состав припоя
Название припоя оловянно-свинцовой группы говорит о содержании в нем олова. Например ПОС-40 содержит 40 % олова, а ПОС-61 — почти 61 % олова. Остальная часть состоит из свинца и дополнительных примесей. По внешнему виду можно на глаз прикинуть состав . Если припой ПОС более матовый и темный, то он больше содержит свинца. Если более светлый и блестящий — то больше олова. Лучше всего это познается в сравнении. Как выглядит лист олова и лист свинца смотрите на фото.
Прочность припоя зависит не только от легирования сплава, но и от паяемого металла. Например, для пайки меди или цинка в припой ПОС добавляют несколько процентов меди или цинка соответственно. Это снижает химическую эрозию металла и увеличивает поверхностную прочность соединения.
Легирование припоя
Для улучшения эксплуатационных характеристик применяют легирование припоя следующими веществами:
- Адгезию припоя улучшает добавка из меди, кадмия, сурьмы, алюминия, серебра и цинка;
- Пластичность припоя и стойкость к термоциклированию улучшается добавкой индия, серебра, марганца, висмута, лития;
- Прочность припоям добавляют никель, кобальт, цинк, кремний, бор, железо;
- Коррозионную стойкость припоя увеличивает никель и медь;
- Жаропрочность повышает кремний, цирконий, вольфрам, ванадий, кобальт, ниобий, гафний.
Характеристики отдельных марок
Все представители категории относятся к легкоплавким припоям. Оловянно-свинцовые сплавы при любом соотношении исходных металлов плавятся при температуре до 450 °С. ПОС регламентированы ГОСТом.
Производители поставляют припойную продукцию:
- в литых чушках;
- в виде проволочных изделий;
- лентообразной фольги;
- трубчатой продукции с флюсами внутри;
- порошков или пастообразной массы.
Больше половины олова
В сплаве, содержащем 90 % олова, остальную часть массы составляет свинец. Припой ПОС-90 имеет температуру плавления 220 ℃.
Применяется для пайки изделий, которые впоследствии будут подвергаться гальванической обработке золотом или серебром.
Оловянно-свинцовый припой с 61 % олова имеет более доступную температуру плавления, равную 191 °С. ПОС-61 используется для изготовления тонких контактов деталей из медных и стальных сплавов в различных измерительных приборах. Места нанесения сплава не должны подвергаться сильному нагреванию.
Припой модно применять для пайки проводов, имеющих толщину до 0,08 мм, в обмотке. Он может подвергаться действию токов высокой частоты.
Припой используют во всех ситуациях, требующих большой прочности и надежности соединения радиоэлементов, компонентов микросхем. Им можно паять провода, защищенные оболочкой из поливинилхлорида.
Оловянно-свинцовый припой, содержащий равные доли двух металлов, обозначается как ПОС-50. Он плавится при температуре 222 ℃. Применим во всех ситуациях, где может использоваться ПОС-61.
Отличие сводится к тому, что данный припой имеет более высокую температуру плавления. Если контакт может нагреваться это качество будет полезным.
Меньше половины олова
Швы, для которых велика вероятность нагрева до еще более высоких температур, следует паять посредством припоя ПОС-40. Температура плавления оловянно-свинцового сплава, содержащего от 39 % до 41 % олова, составляет 238 °С.
Обращаем внимание на то, что представленные показатели характерны для окончательного плавления сплава. Начинается процесс при несколько более низких температурах. Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов
Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке
Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов. Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке.
Еще большую температуру окончательного расплавления имеет сплав ПОС-30. Она равна 256 ℃.
Этот оловянно-свинцовый припой используется для пайки швов, не подлежащих нагрузке, из медных и стальных материалов.
Припой ПОС-18 окончательно расплавляется при 277 ℃. Образующийся шов имеет небольшую механическую устойчивость.
Представленный оловянно-свинцовый сплав можно применять для лужения, пайки ненагружаемых медных деталей, изделий из оцинкованного железа.
Оловянно-свинцовый сплав, содержащий всего 10 % олова, имеет максимальную в этом ряду температуру плавления, равную 299 ℃, и минимальную прочность.
ПОС-10 может использоваться для пайки, лужения контактов на поверхности приборов реле. ГОСТ позволяет применять состав для обработки контрольных точек в топках паровозов. В настоящее время паровозы остались уже только в музеях, иногда их приходится ремонтировать, реставрировать.
